Rui Wang, de l’Institut de protection des végétaux de l’Académie chinoise des sciences agricoles, discute de son article : L’adaptation asymétrique à travers un gradient climatique centre-périphérie entraîne une évolution phénologique rapide et une expansion de l’aire de répartition d’une plante envahissante
Lorsque nous pensons aux invasions de plantes, nous imaginons souvent que les espèces se propagent rapidement, rivalisent avec les plantes indigènes et causent des problèmes aux écosystèmes et à l’agriculture. Mais derrière ces changements visibles, un processus moins évident se déroule souvent : les plantes envahissantes peuvent évoluer au fur et à mesure de leur propagation.
Pour en savoir plus, nous avons étudié comment l’une des mauvaises herbes les plus problématiques au monde, l’amarante Palmer (Amarante palmeri S. Watson), a réussi à s’établir sur une vaste zone en Chine, des régions subtropicales chaudes aux régions froides du nord. L’espèce a été introduite en Chine à plusieurs reprises à partir des années 1980 en tant que contaminant dans le soja importé, atteignant différentes régions climatiques sur plus de 3 000 km, de 21°N à 49°N. Cela a créé un gradient naturel noyau-périphérie, avec des populations denses dans le centre tempéré chaud et des populations plus clairsemées aux extrémités nord et sud. Nous voulions savoir si les populations situées à la limite de ces aires de répartition avaient simplement survécu dans des conditions difficiles ou si elles avaient changé au cours de l’évolution.
Une expérience naturelle de 3 000 km
Pour le savoir, nous avons identifié quatre régions le long de ce gradient latitudinal – bordure sud, périphérie centre-sud, centre et périphérie nord – et mené une expérience de terrain de cinq ans. Dans chaque région, nous avons créé des jardins expérimentaux au sein de la répartition existante de l’espèce. Nous avons cultivé des graines collectées dans les quatre zones et suivi leur survie, leur croissance et leur reproduction. Cette approche nous amène à nous poser la question : ces populations sont-elles plus performantes dans leur environnement d’origine ?
Adaptation asymétrique : le Nord s’adapte, le Sud peine
Les résultats ont montré de nettes différences. Les populations du Nord ont obtenu de meilleurs résultats dans le Nord : elles ont évolué pour fleurir plus tôt et plus longtemps, ce qui leur a permis de terminer leur cycle de vie au cours de la courte saison de croissance. Dans le jardin du nord, ces plantes ont fleuri 2,5 à 18,9 jours plus tôt et ont fleuri pendant 5,7 à 18,2 jours de plus que les populations d’ailleurs. Ce timing est crucial : il leur permet de produire des graines avant l’arrivée de l’hiver.
Les populations du Sud, en revanche, ont connu des difficultés partout, même lorsqu’elles sont revenues dans leur région d’origine. Cette différence révèle un élément clé : les limites des plages ne sont pas toutes identiques. La frontière nord est un lieu de sélection forte et d’adaptation rapide. La limite sud semble cependant être une impasse, probablement limitée par la chaleur et l’humidité plutôt que par la durée de la saison de croissance.
Comment une adaptation rapide se produit-elle avec une diversité génétique limitée ?
Bien que les populations de différentes régions diffèrent sensiblement dans leur comportement de floraison, leurs niveaux globaux de diversité génétique étaient relativement faibles. Cela soulève une autre question : comment une adaptation rapide peut-elle se produire lorsque la variation génétique est limitée ?
Nous avons comparé les différences entre les populations (une mesure appelée QST) avec à quel point leurs gènes neutres différaient (FST). Les différences dans la période de floraison étaient bien plus importantes que ce que le hasard seul pouvait expliquer, preuve claire que la sélection naturelle était à l’œuvre.
Lorsque nous avons analysé le génome de plus près, un gène s’est démarqué : PTM (un gène impliqué dans la signalisation chloroplaste-noyau qui aide à réguler la période de floraison). Ce gène est connu pour être impliqué dans la régulation de la période de floraison, notamment dans la communication entre les chloroplastes et le noyau. Dans notre étude, il s’agissait du gène le plus fortement lié à la variation de la période de floraison. Il a également montré des niveaux élevés de différenciation génétique entre les populations du Nord et les autres populations, portait les signes d’un récent balayage sélectif et était exprimé à des niveaux beaucoup plus élevés dans les plantes du Nord. Ensemble, ces multiples sources de données indiquent PTM comme l’un des gènes clés permettant l’adaptation à la limite nord de l’aire de répartition.
Ce que cela signifie pour la biologie et la gestion des invasions
Nos résultats montrent que les plantes envahissantes peuvent s’adapter à de nouveaux environnements grâce à des changements évolutifs étonnamment rapides. Chez l’amarante Palmer, sélection sur des gènes tels que PTM a modifié le moment de la floraison, facilitant ainsi son expansion vers le nord, même si la diversité génétique globale est faible. Étant donné que les introductions ont eu lieu directement dans différentes régions, ces changements adaptatifs se sont déroulés de manière indépendante, entraînant des variations régionales dans les performances des populations et les priorités de gestion.
Du point de vue de la gestion, les populations situées à la pointe d’une invasion méritent une attention particulière. Ce ne sont pas simplement le résultat passif de la propagation ; ils peuvent s’adapter activement. La surveillance de la période de floraison des populations en progression pourrait fournir des indices sur une expansion future.
Plus largement, cette étude montre l’intérêt de combiner l’observation écologique à long terme avec l’analyse génomique. Les expériences sur le terrain donnent des mesures réalistes des performances, tandis que la génomique aide à révéler les mécanismes sous-jacents, offrant un aperçu de la façon dont les aires de répartition des espèces évoluent sur de courtes périodes de temps.
Les invasions ne sont pas seulement des événements écologiques ; ils peuvent aussi être évolutifs. L’observation de ces changements en temps réel nous aide à comprendre non seulement où vont les espèces, mais aussi comment elles survivent.